PROTOTIPE SYSTEM TELEMETRI PEMANTAU SUHU DAN KELEMBABAN UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMega 8535*) Husein dan Luh Sukariasih

Transkripsi

1 1 PROTOTIPE SYSTEM TELEMETRI PEMANTAU SUHU DAN KELEMBABAN UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMega 8535*) Husein dan Luh Sukariasih Jurusan PMIPA/Fisika FKIP Unhalu Kampus Bumi Tridharma Kendari Abstract: Design and analysis of air tempertaure and humidity telemetry based on microcontroller ATMega8535 has been carried out. This parameter is very needed in Weather monitoring and Agriculture Field. The function of microcontroller is to procces and transmit the data from sensor output to the displayed device like computer or LCD. The hardware of this design consists of humidity and temperature sensor (SHT11), microcontroller, Xbee Pro as transmitter and receiver(couple antena) the data and power supply system. Otherwise software for displaying system in computer used Visual Basic 6.0. From the functional test which has been carried out shows that microcontroller can be able to process sensor output data well, while Xbee Pro can be used as air temperature and humidity telemetry device. The air humidity and temperature which has been measured is in range of 10 o C 35 o C and 50% - 80%. The value of 10 o C and 50% shows low temperature and low humidity while the value of 35 o C and 80% shows high temperature and high humidity. The application of Xbee Pro as transmitter and receiver is very easy to be performed although the signal disturbance occur in transmission signal system especially caused by frequency interference. The time duration for data transmission is about 1 seconds for the distance between transmitter and receiver 100 m at span frequency of 0 2 GHz/div. Keywords : Temperature, Humidty sensor, Telemetry, Microcontroller. PENDAHULUAN Sistem telemetri pemantau suhu dan kelembaban udara merupakan salah satu upaya untuk memperoleh informasi kondisi cuaca sebagai data pendukung untuk prediksi kondisi udara masa datang. Kondisi suhu dan kelembaban udara mempengaruhi keadaan cuaca lingkungan tersebut. Ada beberapa besaran fisis yang mempengaruhi kondisi cuaca, diantaranya adalah suhu dan kelembaban udara. Sistem pemantau suhu dan kelembaban udara dapat dilakukan dengan berbagai metode, tetapi metode yang didesain dalam experimen ini adalah metode telemetri secara real time. Telemetri tersebut dapat dikembangkan sehingga pengiriman data dapat lebih fleksibel dalam mengirim data karena biasanya data yang ingin dikirim berbeda untuk masing-masing penerimanya. KERANGKA TEORI A. Sensor Suhu dan Kelembaban udara(sht11) DT-sense SHT11 Module adalah sebuah modul sensor yang dirancang untuk dapat mengukur suhu dan kelembaban udara. Modul sensor ini sudah memiliki keluaran digital dan sudah terkalibrasi, jadi pengguna tidak perlu lagi melakukan konversi A/D ataupun kalibrasi data sensor. Antarmuka modul ini adalah serial 2-wire sehingga sangat Prototipe System Telemetri Pemantau Suhu dan Kelembaban Udara Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535*) (Husein dan Luh Sukariasih)

2 2 menghemat jalur I/O kontroler(anonim, 2010). Sensor SHT11 mampu mengukur suhu dengan tingkat keakurasian +/- 0,5 0 C pada suhu 25 0 C dengan jangkauan pengukuran dari 40 0 C hingga + 123, 8 0 C. Sedangkan untuk pengukuran kelembaban relatif memiliki tingkat keakurasian +/- 3,5% RH dengan jangkauan pengukuran dari 0-100% RH. Kelebihan lainnya dari sensor ini adalah konsumsi dayanya yang rendah, yaitu 30 µw dan membutuhkan catu tegangan yang kompatibel dengan kebanyakan tipe mikrokontroler, yaitu 5 Volt DC. SHT11 dikalibrasi di sebuah ruang kelembaban presisi. Koefisienkoefisien kalibrasi diprogram ke dalam memori OTP. Koefisien-koefisien ini digunakan secara internal selama pengukuran untuk mengkalibrasi sinyal dari sensor. Antarmuka serial 2-wire dan regulasi tegangan internal memudahkan dan mempercepat integrasi sistem. B. Telemetri Telemetri adalah proses pengukuran parameter suatu obyek (benda, ruang, maupun kondisi alam), yang hasil pengukurannya di kirimkan ke tempat lain melalui proses pengiriman data baik dengan menggunakan kabel maupun tanpa menggunakan kabel ( wireless), selanjutnya data tersebut dimanfaatkan langsung atau digunakan untuk keperluan analisa. Secara umum sistem telemetri terdiri atas enam bagian pendukung yaitu objek ukur, sensor, pemancar, saluran transmisi, penerima dan penampil/display. Karena konteks telemetri biasanya di asosiasikan dengan lokasi, maka umumnya media komunikasi yang digunakan bersifat wireless. C. Aquisisi Data Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data real yang sedang berjalan untuk diproses lebih lanjut dengan menggunakan komputer sehingga menghasilkan data yang diinginkan. Akuisisi data dimulai dengan fenomena fisika pada suatu objek untuk dilakukan pengukuran. Fenomena fisika tersebut bersifat berubah-ubah terhadap waktu, sehingga diperlukan pencatatan perubahannya untuk kemudian data tersebut dianalisis untuk suatu keperluan tertentu. Karena sistem akuisisi data real-time membutuhkan koneksi atau instalasi ke sebuah komputer, komputer harus disediakan dan aktif pada saat mengumpulkan data. MIPMIPA, Vol. 12, No. 1, Februari 2013 : 1-8

3 3 D. Mikrokontroler AVR ATMega 8535 Mikrokontroler AVR ATMega8535 memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi Mikrokontroler seri S51 (MCS51) yang membutuhkan 12 siklus clock. Selain karena mudah didapatkan dan murah, ATMega8535 memiliki fasilitas sebagai berikut: 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog. 12. Port USART untuk komunikasi serial. PERANCANGAN SISTEM Perancangan sistem prototipe system telemetri pemantau suhu dan kelembaban udara terdapat dua bagian pada prototipe ini, yaitu perangkat keras ( hardware) dan perangkat lunak ( software). Perangkat keras meliputi pembuatan desain rangkaian skematik untuk bagian pemancar ( transmitter) dan penerima ( receiver), sedangkan perangkat lunak meliputi pembuatan program mikrokontroler pada bagian pemancar dan tampilan antarmuka pada bagian penerima. A. Perancangan Perangkat Keras Bagian Pemancar Rancangan rangkaian desain gambar berikut ini keseluruhan sistem bagian pemancar disajikan dalam Prototipe System Telemetri Pemantau Suhu dan Kelembaban Udara Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535*) (Husein dan Luh Sukariasih)

4 4 Gambar 1 Rangkaian Keseluruhan Sistem Bagian Pemancar Bagian pemancar terdiri dari rangkaian AVR ATMega8535, sensor suhu dan kelembaban udara SHT11, rangkaian LCD, dan rangkaian modul XBEE PRO. B. Perancangan Perangkat Keras Bagian Penerima Bagian penerima terdiri dari rangkaian modul XBEE PRO dan rangkaian komunikasi serial IC MAX232. Gambar 2 Rangkaian Keseluruhan Sistem Bagian Penerima Data yang diterima secara telemetri oleh modul XBEE PRO dihubungkan ke IC MAX232, yang berfungsi sebagai pengkonversi tegangan antarmuka untuk komunikasi serial pada mikrokontroler AVR ATMega8535. Koneksi antara IC MAX232 dengan RS232 terhubung melalui pin 14 (driver 1 output) yaitu sebagai TX (transmitter) dengan pin 2 MIPMIPA, Vol. 12, No. 1, Februari 2013 : 1-8

5 5 DB9 (received data) dan pin 13 (receiver 1 input) sebagai RX (receiver) dengan DB9 pin 3 (transmitted data). Sedangkan pin 11 dan pin 12 terhubung ke PortD.0 (RXD) dan PortD.1 (TXD) pada mikrokontroler. Output dapat langsung dilihat pada komputer melalui program Hyperterminal. C. Perancangan Perangkat Lunak (Software) Perancangan perangkat lunak terdiri dari dua bagian, yaitu pada bagian pemancar yang merupakan program mikrokontroler dan pada bagian penerima yang merupakan program antarmuka. Perangkat lunak pada bagian pemancar adalah program pada mikrokontroler sebagai pengolah data suhu dan kelembaban udara. Mulai Ambil data Suhu Kirim sinyal transmisi Kirim perintah pembacaan data suhu Terima data hasil pengukuran suhu Suhu = data suhu Ambil data Kelembaban Kirim sinyal transmisi Kirim perintah pembacaan data kelembaban Terima data hasil pengukuran kelembaban kelembaban = data kelembaban Selesai Gambar 3. Diagram Alir Program Utama Mikrokontroler Pada program ini resolusi pengukuran bit dipilih 14 bit untuk suhu dan 12 bit untuk kelembaban, yang merupakan default dari resolusi pengukuran sensor SHT11. Prototipe System Telemetri Pemantau Suhu dan Kelembaban Udara Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535*) (Husein dan Luh Sukariasih)

6 6 Perintah Transmisi dikirim untuk memulai program pengukuran suhu. Dikirim perintah , pada pin DATA sensor SHT11 untuk melakukan pengukuran data suhu. Untuk penyelesaian sinyal dari sebuah pengukuran, SHT11 menurunkan garis DATA dan masuk pada mode idle. Mikrokontroler harus menunggu hingga sinyal data ready sebelum SCK memulai kembali untuk mengeluarkan data. Kemudian data diterima dari sensor. Dua byte dari pengukuran, yaitu nilai MSB dan LSB dan satu byte dari CRC checksum yang kemudian akan dikirimkan. D. Perancangan Perangkat Lunak Bagian Penerima Perangkat lunak pada bagian penerima berfungsi sebagai sistem antarmuka (interface) untuk menampilkan dan menyimpan suhu dan kelembaban udara yang dipancarkan. Bahasa pemrograman yang digunakan dalam Perancangan sistem antarmuka ini adalah Visual Basic 6 yang terdiri dari 9 (sembilan) bagian, yaitu: 1. Subrutin Koneksi 6. Subrutin Tambah Data 2. Subrutin Connect 7. Subrutin Grafik 3. Subrutin Disconnect 8. Subrutin Timer1 4. Subrutin Simpan 9. Subrutin Serial 5. Subrutin Hapus Tampilan antarmuka bagian perangkat lunak adalah sebagai berikut: Gambar 4. Tampilan Antarmuka bagian penerima HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian sistem yang terdiri dari bagian pemancar ( transmitter) dan penerima ( receiver). Sensor suhu SHT11 diujicoba dengan pendeteksian suhu pada MIPMIPA, Vol. 12, No. 1, Februari 2013 : 1-8

7 7 beberapa tempat di dalam dan di luar ruangan, kemudian hasil tegangan output yang didapat dibandingkan dengan nilai suhu yang tertera pada termometer ruangan, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5. Hasil ujicoba sensor suhu ditunjukkan pada Tabel 2.1 Termometer ruangan yang digunakan pada penelitian ini memiliki skala 0 o hingga 50 o C dan 0 o hingga 120 o F. Tabel 1. Hubungan Nilai Suhu yang dibaca oleh Sensor SHT11 dengan suhu yang tercatat pada Termometer ruangan No Nilai Suhu SHT11( 0 C) Nilai Suhu Termometer( 0 C) Nilai Suhu Kalibrasi( 0 C) Tabel diatas menunjukkan nilai selisih antara suhu yang di tampilkan SHT11 dengan termometer ruangan dan hasilnya adalah angka yang ditunjuk oleh termometer lebih tinggi dibandingkan dengan angka yang ditunjuk oleh SHT11 dan rata rata selisihnya sebesar C namun setelah dikalibrasi dan koefisien kalibrasinya diitegrasikan secara software maka maka selisih penujukan kedua alat ini menjadi 0, C. Setelah itu Sensor SHT11 diujicoba dengan pendeteksian kelembaban lagi pada beberapa tempat di dalam dan di luar ruangan, Hasil ujicoba sensor kelembaban ditunjukkan pada Tabel 2. Hygrometer yang digunakan pada penelitian ini memiliki skala 0% hingga 100%. Tabel 2 Hubungan Nilai kelembaban yang dibaca oleh Sensor SHT11 dengan Kelembaban yang tercatat pada Hygrometer No Kelembaban SHT11 Kelembaban Hygro Kelembaban SHT11 Kalibrasi Prototipe System Telemetri Pemantau Suhu dan Kelembaban Udara Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535*) (Husein dan Luh Sukariasih)

8 8 Pada tabel 2 diatas menunjukkan bahwa rata rata selisih nilai kelembaban yang ditunjukkan oleh SHT11 dengan Hygrometer adalah 6.94% namun setelah dikalibrasi dan koefisien kalibrasi di input secara software maka terjadi pengurangn nilai selisih sebesar PENUTUP Berdasarkan hasil ujicoba pada penelitian ini, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Sistem telemetri dapat dipancarkan dengan baik pada jangkauan maksimal 1000 meter diluar ruangan dan maksimal 100 meter didalam ruangan. 2. Sistem antarmuka dapat menampilkan dan menyimpan data-data suhu dan kelembaban yang telah ditentukan sebanyak data, serta menampilkan grafik hubungan suhu kelembaban dan tekanan udara terhadap waktu selama pemantauan dilakukan. DAFTAR PUSTAKA Anonim, 2002, MAX232 MAX232I DUAL EIA-232 DRIVERS/RECEIVERS, Texas Instrument, max232.pdf. Diakses 26 Desember Anonim, 2006, 8-bit AVR Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash, Atmel, Diakses 10 Desember Anonim, 2008, Amplitude Shift Keying & Frequency Shift Keying, Diakses 7 April Anonim, 2008, RF ASK Hybrid Modules for Radio Control (New Version), Laipac Technology, Diakses 3 Februari Anonim, 2010, Praktikum Pasang Surut Air Laut, Novitaningtyas,Y., Muntini,M dan Pramono,Y.2008, Sistem Monitoring Kelembaban dan Temperatur Secara Waktu Nyata dengan Pengiriman data Via SMS, ITS Surabaya: Laporan Penelitian, Fakultas MIPA, ITS. Surabaya. Rahmaniar,W., 2008, Prototipe Robot Pemantau Erupsi Gunung Berapi Berbasis Deteksi Suhu Menggunakan Telemetri Modulasi Amplitude Shift Keying. Yogyakarta: Skripsi. Fakultas MIPA,UGM, MIPMIPA, Vol. 12, No. 1, Februari 2013 : 1-8